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生物钟在植物开花、植物激素生物合成和非生物胁迫响应等多种生物过程中起着重要作用。生物钟基因在模式植物中调节干旱胁迫响应的方式已经得到了很好的研究，而在作物物种中却知之甚少，例如全球主要作物大豆。
近日，广州大学分子遗传与创新研究中心刘宝辉/李美娜团队在New Phytologist在线发表了题为Two homologous LHY pairs negatively control soybean drought tolerance by repressing the ABA responses的研究论文，揭示了大豆中与拟南芥CCA1/LHY同源的核心生物钟组分GmLHYs 调控大豆干旱胁迫响应的分子机制。
该研究利用CRISPR/Cas9技术获得了四个GmLHYs基因同时敲除的突变体，发现四个GmLHYs基因功能同时缺失会增强气孔对干旱的响应，降低大豆叶片失水速率，进而增强植株的耐旱性，说明它们在大豆耐干旱胁迫中起负调控作用。
为进一步鉴定LHY基因调节干旱的信号通路和下游基因，对lhy四突变体进行了干旱处理前后的RNA-seq测序，发现许多植物激素信号通路（生长素、ABA、BR和GA等）的关键组分都有变化，尤其是ABA信号通路，其合成途径基因、代谢途径基因以及信号传导途径基因都有明显的变化，说明GmLHYs通过ABA信号参与大豆干旱胁迫的调节过程。
为进一步寻找四个GmLHYs中调节干旱胁迫的主效基因，对lhy1a、lhy1b、lhy2a和lhy2b四个单突变体的离体叶片表型检测，发现lhy1a和lhy1b两个单突变体即表现出叶片失水变慢的表型，说明LHY1a和LHY1b在响应干旱胁迫中发挥主要作用。在大豆毛状根和拟南芥中超表达这两个基因，可显著提高毛状根对于ABA的抗性，说明这两个基因可能通过ABA信号参与大豆干旱胁迫的调节过程。
LHY1a and LHY1b 调控大豆干旱胁迫响应
综上，该研究揭示了生物钟基因GmLHY调控大豆干旱胁迫响应的分子机制。该研究提高了人们对大豆抗旱分子机制的认识。此外，LHY1a和LHY1b的两个位点为基因组编辑提供了可选择的靶点，可以快速地在优良大豆品种中产生突变的等位基因，以提高其抗旱性。
广州大学分子遗传与创新研究中心博士后王凯、步田田和讲师程群为论文共同第一作者，刘宝辉教授和李美娜副教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和中国博士后基金的资助。
https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.17019